项目七机械制造新发展学习教案

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1、会计学1第一页，共117页。2第1页/共117页第二页，共117页。3 表1-1 三种自动化形式比较比较项目刚性自动化柔性自动化综合自动化实现目标 减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本 减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本，缩短产品制造周期 除左外，提高设计工作与管理工作效率和质量，提高对市场的响应能力控制对象物流物流物流，信息流特点 通过机、电、液气等硬件控制方式实现，因而是刚性的，变动困难 以硬件为基础，以软件为支持，改变程序即可实现所需的转变，因而是柔性的 不仅针对具体操作和工人的体力劳动，而且涉及脑力劳动以及设计、经营管理等各方面典型系统与装备

2、自动机床、组合机床，机械手，自动生产线 NC机床，加工中心，工业机器人，DNC，FMC，FMS CAD/CAM系统，MRP，CIMS应用范围大批大量生产多品种、中小批量生产各种生产类型关键技术 继电器程序控制技术，经典控制论 数控技术，计算机控制，GT，现代控制论 系统工程，信息技术，计算机技术，管理技术第2页/共117页第三页，共117页。4 图7-1 汽车后桥齿轮箱加工自动线刚性自动化20年代第3页/共117页第四页，共117页。5 柔性自动化50年代图7-2 焊接机器人综合自动化70年代图7-3 综合自动化第4页/共117页第五页，共117页。6 （7-1）式中 TTLC 生产某种产品所

3、需总时间； B 批数； Q 批量； T1 单件工时； T2 每批产品所需生产准备时间（包括原材料订 货时间，制定生产计划(jhu)时间，工艺装备调整 时间 ）； T3 每种产品所需设计及生产准备时间（产品设 计，工艺设计，工艺装备设计与制造）。第5页/共117页第六页，共117页。7321LCTTTTQBQ（7-2）式中 TLC 生产每件产品所需平均时间 式（1-2）即为 Groover 产品寿命周期模型 TLC 是一个综合指标(zhbio)，减小 TLC 常被作为生产活动追求的目标式（1-1）两边(lingbin)除以 BQ ，得到：刚性自动化：着眼降低 T1柔性自动化：着眼降低 T1 和T

4、2（部分）综合自动化：同时减小 T1、T2 、T3，特别是 T2 和 T3 ，因而在多品种、中小批量生产中具有重要意义第6页/共117页第七页，共117页。8本节仅讨论(toln)中小批量生产中广泛使用的柔性制造系统（Flexible Manufacturing SystemFMS） q 柔性制造系统的组成(z chn) 图7-4 FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信 息 传 输 网 络工夹具站第7页/共117页第八页，共117页。9q 加工(ji gng)单元CNC（MC）机床工作台架（暂存工件）机器人或托盘交换装置检测、监控装置传感

5、器群信号采集预处理特征提取状态识别诊断决策预维修决策监控检测报告正常状态模式预诊断知识库预维修知识库学习训练匹配状态异常报警预知故障报警输出图7-5 设备运行状态监控与检测框图第8页/共117页第九页，共117页。10钻头破损检测器内存有以往采集的钻头破损的信号或钻头破损模拟信号，与检测信号进行比较。当钻头破损被确认(qurn)后，发出换刀信号。钻头破损检测器图7-6 声发射钻头破损检测装置系统图交换机床控制器工件折断工作台声发射传感器破损信号第9页/共117页第十页，共117页。11q 物料传输(chun sh)系统又称立体仓库或自动化仓库系统（Automated Storage and R

6、etrieva1 System一ASRS），由高层料架 、堆垛机、控制计算机和物料识别装置等组成。具有自动化程度高、料位空间尺寸和额定存放重量大、料位总数可根据(gnj)实际需求扩展、占地面积小等优点。 自动仓库（图7-7）图7-7 自动仓库运输小车出入库装卸站堆垛机料架第10页/共117页第十一页，共117页。12滚式链式（传送带由于柔性差，目前较少使用）带式有轨无轨（AGV）固定路线随机路线电磁式（图7-8）光电式（图7-9）传送带运输小车机器人固定式机器人行走式机器人第11页/共117页第十二页，共117页。13转向舵比较放大电路信号拾取线圈引导电缆图7-8 电磁引导原理在地面上埋设引导

7、电缆，并通以510kHz的低压电流。小车上装有对称的一组信号(xnho)拾取线圈。当小车偏向右方时，右方的感应信号(xnho)减弱，左方的增强，控制器根据这些信号(xnho)的强弱，控制小车的舵轮。第12页/共117页第十三页，共117页。14沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的反光带（铝带或尼龙带），小车上装有发光(f un)器和受光器。发出的光经反光带反射后由受光器接受，并将该光信号转换成电信号控制小车的舵轮。 信号孔感光元件光道光源反光带图7-9 光学引导原理第13页/共117页第十四页，共117页。15断屑 加工部位封闭排屑 机床、工夹具设计要便于排屑 冷却液冲，或压缩空气吹切屑输送（通

8、常采用地下输送管道）切屑再处理（打包）第14页/共117页第十五页，共117页。16物流计算机：根据工厂计算机制定的作业计划对自动仓 库、堆垛机、缓冲站、运输小车等进行监 视与控制。中央计算机：根据工厂计算机制定的作业计划对各加工 单元进行监视与控制。信息传输网络：在控制计算机与单元控制器之间进行信 息传递。q 计算机控制系统第15页/共117页第十六页，共117页。17中央管理计算机FM-11AD2+物流控制计算机局域网络LAN文件库自动编程机单元控制机CNC车床CNC磨床单元控制机立式MC卧式MC单元控制机CNC车床管理级单元级设备级第16页/共117页第十七页，共117页。18q FMS

9、特点(tdin)除毛坯准备与毛坯安装外全部自动化可在不停机的条件下实现加工工件的自动转换24小时运行，只一班有人生产零件的品种由4至100种不等（2030种居多）生产零件的批量由40至2000件不等（50200件居多）大部分加工对象为相似零件（个别例外）可加工多种零件没有固定的生产节拍故障可容（一台机床出现故障，其它机床可进行拟补）可自动实现系统内的计划、调度第17页/共117页第十八页，共117页。19q FMS应用(yngyng)品种图7-11 零件品种、批量与自动化加工方式010 100 1000 批量10,000 1000 100 10FMLFMCFMS数控机床通用机床刚性线生产柔性产

10、量第18页/共117页第十九页，共117页。20图7-12 飞机零件加工FMS（ Cincinnati ）1装卸站 2运输小车 3MC 4切屑处理站 5清洗站 6检测站 7手工检测站 8计算机室 9 小车维修站 10 包装站q FMS实例(shl)（1）第19页/共117页第二十页，共117页。21冲床图7-13 冲压FMSq FMS实例（2）第20页/共117页第二十一页，共117页。22q 自动检测内容 q 自动检测系统q 自动检测传感技术q “十分之一” 与“三分之一”原则第21页/共117页第二十二页，共117页。23PROCAUTPROCAUTPROCAUTINSPMANPROCAU

11、TINSPMAN反馈信号PROCAUTINSPMANSORTAUT分类指令q 离线与在线检测第22页/共117页第二十三页，共117页。24q 坐标(zubio)测量机a） b） c） d）图7-15 坐标测量机的结构形式结构(jigu)形式第23页/共117页第二十四页，共117页。25 操作控制 编程方法(fngf) 第24页/共117页第二十五页，共117页。26 可完成(wn chng)测量项目 表7-2 坐标(zubio)测量机可完成的测量项目可完成的测量项目测量原理尺寸孔径与孔中心线坐标圆柱体轴心线与直径球心坐标与球面半径平面度两平面夹角两平面的平行度两条线的交点与交角由两个给定面

12、坐标的差值确定尺寸测量孔上3点，计算确定孔径与孔中心线坐标测量圆柱面上3点，计算确定轴心线与直径测量球面上4点，计算确定球心坐标与球面半径用3点接触法测定，与理想平面比较确定平面度按平面上3个触点最小值规定平面，再计算夹角根据两平面交角确定平行度先确定两线夹角，再测定交点第25页/共117页第二十六页，共117页。27 实物(shw)照片 第26页/共117页第二十七页，共117页。28第27页/共117页第二十八页，共117页。29微细加工 微小尺寸的精密加工 超微细加工 微小尺寸的超精密加工第28页/共117页第二十九页，共117页。30 零件 加 工 精 度 表面粗糙度 激光光学零件 形

13、状误差 0.1m Ra 0.010.05m 多面镜 平面度误差 0.04m Ra 0.02m 磁头 平面度误差 0.04m Ra 0.02m 磁盘 波度 0.01 0.02m Ra 0.02m 雷达导波管 平面度垂直度误差 0.1m Ra 0.02m 卫星仪表轴承 圆柱度误差 0.01m Ra 0.002m 天体望远镜 形状误差 0.03m Ra 0.01m 表7-3 几种典型精密零件的加工精度第29页/共117页第三十页，共117页。31图7-17 精密加工与超精密加工的发展（Taniguchi，1983）普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨机离子束加工分子对位加工车床,铣床卡尺

14、加工设备测量仪器精密车床磨床百分尺比较仪坐标镗床坐标磨床气动测微仪光学比较仪金刚石车床精密磨床光学磁尺电子比较仪超精密磨床精密研磨机激光测长仪圆度仪轮廓仪激光高精度测长仪扫描电镜电子线分析仪加工误差（m）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份第30页/共117页第三十一页，共117页。32q 精密与超精密加工地位第31页/共117页第三十二页，共117页。33结合加工 分类 加工机理 加工方法示例去除加工电物理加工 电火花加工（电火花成形，电火花线切割）电化学加工 电解加工、蚀刻、化学机械抛光力学加工 切削、磨削、研磨、抛光、超声加工、喷

15、射加工热蒸发（扩散、溶解） 电子束加工、激光加工附着加工注入加工化学 化学镀、化学气相沉积电化学 电镀、电铸热熔化 真空蒸镀、熔化镀化学 氧化、氮化、活性化学反映电化学 阳极氧化热熔化 掺杂、渗碳、烧结、晶体生长力物理 离子注入、离子束外延连续加工热物理 激光焊接、快速成形化学 化学粘接变形加工热流动 精密锻造、电子束流动加工、激光流动加工粘滞流动 精密铸造、压铸、注塑分子定向 液晶定向表7-4 精密与超精密加工分类第32页/共117页第三十三页，共117页。34。“进化”加工原则背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒内进行，与传统切削机理完全不同。微量切削机理特种加工与复合加工方法应用越来越多传统

16、切削与磨削方法存在加工精度极限，超越极限需采用新的方法。q 精密与超精密加工(ji gng)特点第33页/共117页第三十四页，共117页。35要达到加工要求，需综合考虑工件材料、加工方法、加工设备与工具、测试手段、工作环境等诸多因素，是一项复杂的系统工程，难度较大。形成综合制造工艺广泛采用计算机控制、适应控制、再线检测与误差补偿技术，以减小人的因素影响，保证加工质量。与自动化技术联系紧密精密与超精密加工设备造价高，难成系列。常常针对某一特定产品设计（如加工直径3m射电天文望远镜的超精密车床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工设备）。与高新技术产品紧密结合加工与检测一体化精密检测是精密与超精

17、密加工的必要条件，并常常成为精密与超精密加工的关键。第34页/共117页第三十五页，共117页。36照像机塑料镜片、树脂隐形眼镜镜片等应用第35页/共117页第三十六页，共117页。37关键技术图7-18 Moore金刚石车床回转工作台工件刀具主轴传动带主轴电机空气垫刀具夹持器第36页/共117页第三十七页，共117页。38车床主轴装在横向滑台（X轴）上，刀架装在纵向滑台（Z轴）上。可解决两滑台的相互影响问题，而且纵、横两移动轴的垂直度可以通过装配调整保证，生产成本较低，已成为当前(dngqin)金刚石车床的主流布局。 图7-19 T形布局的金刚石车床第37页/共117页第三十八页，共117页

18、。39数控系统分辩率 /m40020050001000050000. 10.010. 2/1000. 10. 11/1502/100径向1140轴向1020640720最大车削直径和长度 /mm最高转速 r/mm最大进给速度mm /min重复精度(2) / m主轴径向圆跳动 / m滑台运动的直线度 / m主轴前静压轴承（100mm）的刚度 /（N/m）主轴后静压轴承（80mm）的刚度 /（N/m）纵横滑台的静压支承刚度 /（N/m）表7-5 金刚石车床主要性能指标主轴轴向圆跳动 / m横滑台对主轴的垂直度 / m第38页/共117页第三十九页，共117页。40a）4 次对称轴和（100）晶面L

19、4（100）（110）L2L3（111）b）2 次对称轴和（110）晶面c）3 次对称轴和（111）晶面图7-20 八面体的晶轴和镜晶面第39页/共117页第四十页，共117页。41图7-21 （111）面网C原子分布和解理劈开面劈开面在两个相邻的加强（111）面之间劈开，可得到很平的劈开面，称之为“解理”。第40页/共117页第四十一页，共117页。42单晶金刚石456.46.412AA66A-A35RR=1.6 4.86.46.45B16B-B110120RR=0.51.2B000000000图7-22 金刚石刀具角度第41页/共117页第四十二页，共117页。43金刚石车床(chchun

20、g)加工(ji gng)4.5mm陶瓷球图7-23 金刚石车床及其加工照片第42页/共117页第四十三页，共117页。44特点：砂轮修整：第43页/共117页第四十四页，共117页。45进给图7-24 ELID磨削原理电源金刚石砂轮（铁纤维结合剂）冷却液冷却液电刷ELID（Electrolytic In-Process Dressing）第44页/共117页第四十五页，共117页。46第45页/共117页第四十六页，共117页。47接触轮硬磁盘装在主轴真空吸盘上图7-25 砂带磨削示意图V砂带砂带轮卷带轮F-径向进给f-径向振动第46页/共117页第四十七页，共117页。48第47页/共117

21、页第四十八页，共117页。49图7-27 几种砂带磨削形式a）砂带无心外圆磨削（导轮式） 工件导轮接触轮 主动轮砂带工件 接触轮主动轮砂带b）砂带定心外圆磨削（接触轮式）c）砂带定心外圆磨削（接触轮式）工件接触轮主动轮砂带接触轮砂带工件d）砂带内圆磨削（回转式）工件支承板主动轮砂带工作台e）砂带平面磨削（支承板式）f）砂带平面磨削（支承轮式）支承轮工件砂带接触轮第48页/共117页第四十九页，共117页。501）砂带与工件柔性(ru xn)接触，磨粒载荷小，且均匀，工件受力、热作用小，加工质量好（ Ra 值可达 0.02m）。 3）强力砂带磨削，磨削比（切除工件重量与砂轮磨耗重量之比）高，有“

22、高效(o xio)磨削”之称。 4）制作简单，价格低廉，使用方便。5）可用于内外表面及成形表面加工。磨粒规格涂层粘接剂基带图7-28 静电植砂砂带结构2）静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上（图7-28），摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。第49页/共117页第五十页，共117页。51工件小间隙加压抛光轮悬浮液微粉(磨粒)图7-29 弹性发射加工原理抛光轮与工件表面形成小间隙，中间置抛光液，靠抛光轮高速回转造成磨料的“弹性发射”进行加工。第50页/共117页第五十一页，共117页。52抛光工具图7-30 液体动力抛光小间隙工件工具运动方向抛光液磨粒抛光工具活性抛光液图7-31 机械化学抛光

23、小间隙工件工具运动方向加压第51页/共117页第五十二页，共117页。53q 激光(jgung)测量第52页/共117页第五十三页，共117页。54受射透镜平行光管透镜边缘传感闸门电路计数器显示图震荡器伺服系统扫描镜工件测定区光检测器激光发生器采用平行光管透镜将激光准确地调整到多角形旋转扫描镜上聚焦。通过激光扫描被测工件两端，根据扫描镜旋转角、扫描镜旋转速度，透镜焦距等数据计算出被测工件的尺寸。 图7-32 激光扫描尺寸计量系统第53页/共117页第五十四页，共117页。55固定反射棱镜图7-33 双频激光测量系统原理图干涉测量仪f2 +f2f1氦氖激光器轴向强磁场NS1/4波片分光镜透镜组f

24、1 f2f1 f2移动反射棱镜f2f2 +f2偏振分光镜f1f1ff +f2由于移动反射棱镜随被测件移动，频率f2变成 f2f2 。两路反射回来的光经偏振分光镜汇合一起，再经反射镜和干涉测量仪获得拍频信号，其频率为：f1（ f2 f2 ）= f + f2 经分光镜，折射一小部分，经干涉(gnsh)测量仪获得拍频f（= f1 f2）的参考信号。大部分激光到偏振分光镜：垂直线偏振光f1被反射，再经固定反射棱镜反射回来；水平线偏振光 f2全部透射，再经移动反射棱镜反射回来。该信号与参考信号比较， 获得f2 的具有长度单位当量的电信号。由于使用频率差f 进行测量，使其不受环境变化影响，可获得高的测量精

25、度和测量稳定性。氦氖激光器发出的激光，在轴向强磁场作用下，产生频率 f1和f2旋向相反的圆偏振光，经1/4波片形成频率f1的垂直线偏振光和频率f2的水平线偏振光。经透镜组成平行光束。第54页/共117页第五十五页，共117页。56图7-34 双频激光测量系统第55页/共117页第五十六页，共117页。57要求：消除内部、隔绝外部振动干扰 实现方法：隔振地基，隔振垫层，空气弹簧隔振器 q 精密与超精密加工环境第56页/共117页第五十七页，共117页。58第57页/共117页第五十八页，共117页。59热流动加工（火焰，高频，热射线，激光）压铸，挤压，喷射，浇注微离子流动加工热表面流动粘滞性流动

26、摩擦流动变形加工(流动加工)化学镀，气相镀（电镀，电铸）氧化，氮化（阳极氧化）（真空）蒸镀，晶体增长，分子束外延烧结，掺杂，渗碳，（侵镀，熔化镀）溅射沉积，离子沉积（离子镀）离子溅射注入加工化学(电化学)附着化学(电化学)结合热附着扩散(熔化)结合物理结合注入结合加工(附着加工)车削，铣削，钻削，磨削蚀刻，化学抛光，机械化学抛光电解加工，电解抛光电子束加工，激光加工，热射线加工扩散去除加工，熔化去除加工离子束溅射去除加工，等离子体加工机械去除化学分解电解蒸发扩散与熔化溅射分离加工(去除加工)加工方法加工机理表7-6 微细与超微细加工机理与加工方法第58页/共117页第五十九页，共117页。60

27、图7-35 单晶金刚石铣刀刀头形状第59页/共117页第六十页，共117页。61第60页/共117页第六十一页，共117页。62图7-36 FANUC 微型超精密加工机床第61页/共117页第六十二页，共117页。63第62页/共117页第六十三页，共117页。64图7-37 电磁驱动装置（直线电机）工作(gngzu)原理逆压电元件电磁铁1电磁铁2逆压电元件电磁铁1电磁铁2电磁铁2去掉励磁，松开逆压电元件电磁铁1电磁铁2逆压电元件加励磁电压，伸长逆压电元件电磁铁1电磁铁2电磁铁2加励磁，夹紧电磁铁1去掉励磁，松开逆压电元件电磁铁1电磁铁2逆压电元件去掉励磁电压，恢复原长，电磁铁1移动 逆压电元

28、件电磁铁1电磁铁2电磁铁加励磁，夹紧第63页/共117页第六十四页，共117页。65图7-38 直线电机驱动定位平台(YOKOGAWA公司） 第64页/共117页第六十五页，共117页。66表7-7 直线驱动与伺服电机驱动比较 性 能 伺服电机滚珠丝杠 直线驱动 定位精度(m/300mm) 510 0.51.0 重复定位精度(m) 25 0.10.2 最高速度(m/min) 2050 60200 最大加速度(g) 12 210 寿命(h) 600010000 50000第65页/共117页第六十六页，共117页。67电极线沿着(yn zhe)导丝器中的槽以510mm/min的低速滑动，可加工圆

29、柱形的轴（图7-39）。如导丝器通过数字控制作相应的运动，还可加工出各种形状的杆件（图7-40 ）。图7-40 WEDG 可加工的各种截形杆图7-39 WEDG工作原理工件金属丝导丝器第66页/共117页第六十七页，共117页。68离子束4. 刻蚀（形成沟槽）5. 沉积（形成电路）6. 剥膜（去除光致抗蚀剂）3. 显影、烘片（形成窗口）窗口2. 曝光（投影或扫描）掩膜电子束图7-41 电子束光刻大规模集成电路(jchng-dinl)加工过程1. 涂胶（光致抗蚀剂）氧化膜光致抗蚀剂基片第67页/共117页第六十八页，共117页。69要求：定位精度 0.1m，重复定位精度 0.01m导轨：硬质合金

30、(yn zh h jn)滚动体导轨，或液（气）静压导轨工作台：粗动 伺服电机 + 滚珠丝杠 微动 压电晶体电致伸缩机构图7-42 电致伸缩微动工作台XY0Py1Py2Px微动工作台工作台微动的形成：X运动： Py1 Py2 Px长度(chngd)变化Y运动： Py1 Py2 Py1长度(chngd)变化Z转动： Py1 Py2 第68页/共117页第六十九页，共117页。70利用氩（Ar）离子或其它带有 10keV 数量级动能的惰性气体(duxng q t)离子，在电场中加速，以极高速度“轰击”工件表面，进行“溅射”加工。图7-43 离子碰撞过程模型被排斥Ar离子回弹溅射原子位移原子格点间停留

31、离子一次溅射原子Ar离子二次溅射原子Ar离子格点置换离子位移原子工件表面工件真空第69页/共117页第七十页，共117页。71惰性气体入口阴极中间电极电磁线圈阳极控制电极绝缘子引出电极离子束聚焦装置摆动装置工件三坐标工作台图7-44 离子束去除加工装置加工装置见图2-26。三坐标工作台可实现三坐标直线运动，摆动装置可实现绕水平轴的摆动和绕垂直轴的转动。第70页/共117页第七十一页，共117页。72图7-45 离子束加工金刚石制品离子束离子束r = 0.01m预加工终加工a) 金刚石压头r = 0.01m离子束离子束预加工终加工b) 金刚石刀具第71页/共117页第七十二页，共117页。73离

32、子束源靶溅射材料溅射粒子工件真空图7-46 离子束溅射镀膜加工溅射镀膜可镀金属，也可镀非金属。由于溅射出来的原子和分子有相当大的动能，故镀膜附着力极强（与蒸镀、电镀相比）。第72页/共117页第七十三页，共117页。74用在大规模集成电路制作中，与电子束相比有更高的灵敏度和分辨率。第73页/共117页第七十四页，共117页。75第74页/共117页第七十五页，共117页。76q 扫描隧道(sudo)显微测量（STM）第75页/共117页第七十六页，共117页。77STM图7- 48 STM工作过程演示图7- 47 STM实物(shw)照片 第76页/共117页第七十七页，共117页。78通过扫

33、描隧道显微镜操纵氙原子用35个原子排出的“IBM”字样 石墨三维图像 图7- 49 用STM移动(ydng)分子组成的IBM字样图7- 50 用STM观察石墨(shm)原子排列第77页/共117页第七十八页，共117页。79式中 h 普郎克常数； e 电子(dinz)电量； ka，k0 系数。12d试件STM探针Ub图7-51 STM隧道结第78页/共117页第七十九页，共117页。80（2）恒电流测量模式（图7-52b）：探针在试件表面扫描，使用反馈电路驱动探针，使探针与试件表面之间距离（隧道间隙）不变。此时探针移动直接描绘了试件表面形貌。此种测量模式隧道电流对隧道间隙的敏感性转移到反馈电路

34、驱动电压与位移之间的关系上，避免了非线性，提高了测量精度和测量范围。b）试件输出运动轨迹驱动电路扫描器检测电路控制器图7-52 STM工作原理扫描器检测电路a）输出试件运动轨迹（1）等高测量模式（图7-52a）：探针以不变高度在试件表面扫描，隧道电流随试件表面起伏而变化，从而得到试件表面形貌信息。第79页/共117页第八十页，共117页。81图7-53 STM针尖第80页/共117页第八十一页，共117页。82（2）隧道电流(dinli)反馈控制（图7-54）计算机差分比较积分放大比例放大高压放大A/DXYZ控制信号设定电压前置放大对数放大（线性化）探针压电陶瓷试件图7-54 隧道电流反馈控制

35、系统原理框图D/A第81页/共117页第八十二页，共117页。83（3）纳米级扫描运动(yndng)压电陶瓷扫描管（图7-55）（4）信号(xnho)采集与数据处理由软件完成。XZ陶瓷管金属膜+UX-UX-UY+UYUZa）LL0b）图7-55 压电陶瓷扫描管结构及工作(gngzu)原理当陶瓷管内壁接地，X轴两外壁电极电压相反时，陶瓷管一侧伸长，另一侧缩短，形成X方向扫描(图7-55b ) 。若两外壁电极电压相同，则陶瓷管伸长或缩短，形成Z方向位移。压电陶瓷扫描管结构见图7-55 a ，其工作原理见图7-55b。第82页/共117页第八十三页，共117页。84原子力显微镜（AFM）第83页/共

36、117页第八十四页，共117页。85STM驱动AFM扫描驱动AFM探针STM探针试件微力簧片图7-56 AFM结构简图第84页/共117页第八十五页，共117页。86图7-57 AFM实物(shw)照片扫描探针磁盘图像第85页/共117页第八十六页，共117页。87 1 ） 以 同 步 加 速 器 放 射(fngsh)的短波长（1nm）X射线作为曝光光源，在厚度达0.5mm的光致抗蚀剂上生成曝光图形的三维实体； 2）用曝光蚀刻图形实体作电铸模具，生成铸型； 3）以生成的铸型作为模具，加工出所需微型零件。X射线曝光腐蚀溶解抗蚀剂电铸铸型注射成形零件图7-58 LIGA制作零件过程 L I G A

37、 由 深 层 同 步(tngb)X射线光刻、电铸成形、塑注成形组合而成。包括三个主要工序（图7-58）：第86页/共117页第八十七页，共117页。88图7-59 LIGA工作现场第87页/共117页第八十八页，共117页。89 50 m 图7-60 X射线刻蚀的三维实体第88页/共117页第八十九页，共117页。90第89页/共117页第九十页，共117页。91第90页/共117页第九十一页，共117页。92q 非传统加工(ji gng)方法特点第91页/共117页第九十二页，共117页。93q 非传统加工(ji gng)方法分类（按加工(ji gng)机理和采用的能源划分）电化学过程化学过

38、程第92页/共117页第九十三页，共117页。94工件（陶瓷滚柱）磁性材料磁极振动运动图7-61 磁力抛光示意图NS第93页/共117页第九十四页，共117页。95q 发展趋势图7-62 EI 收录文章数比较70年代80年代90年代20841104232142244424214441321252353316激光加工 电火花加工 超声加工 电化学加工图7-62反映了学术界和工程界对几种非传统加工方法的关注程度。第94页/共117页第九十五页，共117页。96q 工作原理：利用工具电极与工件(gngjin)电极之间脉冲性火花放电，产生瞬时高温，工件(gngjin)材料被熔化和气化。同时，该处绝缘液

39、体也被局部加热，急速气化，体积发生膨胀，随之产生很高的压力。在这种高压作用下，已经熔化、气化的材料就从工件(gngjin)的表面迅速被除去（图7-63）。 图7-63 电火花加工原理图进给系统放电间隙工具电极工件电极直流脉冲电源工作液Real第95页/共117页第九十六页，共117页。97图7-64 电火花加工机床第96页/共117页第九十七页，共117页。98q 工作(gngzu)要素第97页/共117页第九十八页，共117页。99q 电火花加工(ji gng)类型图7-65 电火花线切割原理图XY储丝筒导轮电极丝工件RealRealReal第98页/共117页第九十九页，共117页。100

40、电火花线切割机床图7-66 电火花线切割加工加工过程显示第99页/共117页第一百页，共117页。101q 电火花加工(ji gng)特点q 电火花加工(ji gng)应用第100页/共117页第一百零一页，共117页。102工作原理：工件接阳极，工具（铜或不锈钢）接阴极，两极间加直流电压624V， 极 间 保 持 0 . 1 1mm间隙。在间隙处通以 660m/S高速流动电解液，形成极间导电通路，工件表面(biomin)材料不断溶解，溶解物及时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。 图7-67 电解加工原理图电解液直流电源泵工件阳极阴极进给工具阴极第101页/共117页第一百零二页，

41、共117页。103q 电解(dinji)加工特点q 电解加工应用第102页/共117页第一百零三页，共117页。104 导电磨轮电解液电刷工作台工件绝缘板导电基体磨料阳极膜q 电解磨削（图7-68）第103页/共117页第一百零四页，共117页。105图7-69 电子束加工原理图控制栅极加速阳极电子束斑点旁热阴极聚焦系统工件工作台工作(gngzu)原理（图7-69）第104页/共117页第一百零五页，共117页。106q 特点(tdin)及应用第105页/共117页第一百零六页，共117页。107q 工作(gngzu)原理（图7-70）电源Real第106页/共117页第一百零七页，共117页

42、。108反射凹镜反射平镜电极放电管CO2气体冷却水进口冷却水出口激光高压直流电源图7-71 CO2激光器示意图q 激光器第107页/共117页第一百零八页，共117页。109q 激光(jgung)加工特点第108页/共117页第一百零九页，共117页。110q 激光加工(ji gng)应用图7-72 焦点位置对孔形状影响Real第109页/共117页第一百一十页，共117页。111RealReal第110页/共117页第一百一十一页，共117页。112图7-74 激光焊接车身图7-73 激光切割第111页/共117页第一百一十二页，共117页。113q 工作(gngzu)原理（图7-75） 变

43、幅杆超声波发生器图7-75 超声波加工原理图振动方向工具换能器工作液喷嘴工件Real第112页/共117页第一百一十三页，共117页。114图7-76 超声波加工(ji gng)机床图7-77 超声波加工(ji gng)样件第113页/共117页第一百一十四页，共117页。115q 超声波加工(ji gng)特点及应用第114页/共117页第一百一十五页，共117页。116q 工作(gngzu)原理：q 加工(ji gng)装置（图7-78）q 喷嘴材料(cilio)及工作条件（表7-11） 项目 材料 孔径/mm 至工件距离/mm 喷射角度/ 参数金刚石，蓝宝石，淬火钢0.0750.42.5

44、50030表7-11 喷嘴材料及工作条件图7-78 水喷射加工装置示意图喷嘴阀控制器蓄能器供水器过滤器泵增压器液压装置排水器工件射流d利用超高压水（或水与磨料的混合液）对工件进行切割（或打孔），又称高压水切割，或“水刀”。第115页/共117页第一百一十六页，共117页。117q 工艺(gngy)参数（表7-12，表7-13） 表7-12 水喷射加工常用工艺参数 工艺参数 常用值 工艺参数 常用值 压力/MPa 70450 喷射力/N 45135 流速/m/s 300900 功率/kW 1040 流量/L/s 2.5 7.5 磨料耗量/kg/min 0.10.3工艺参数、效率、精度 石材 玻璃 ABS塑料 皮革 工件厚度/mm 25 12 2.8 4.45 喷嘴孔径/mm 0.3 0.3 0.1 0.1 流体压力/MPa 400 400 258 300 切割速度/m/min 0.1 0.1 0.85 0.55 切缝宽度/mm 0.5 0.5 0.2 0.2 切割精度/mm 0.05 0.05 表面粗糙度/m Ra12.5 Ra12.5 表7-13 几种材料高压水切割参数第116页/共117页第一百一十七页，共117页。